¿Es la cantidad total de luz actual la misma que hace 13.800 millones de años?

¿Es la cantidad total de luz actual la misma que hace 13.800 millones de años? ¿Es justo suponer que el flujo total de fotones de fondo (ignorando las desviaciones locales) dado por   C metro − 2 s − 1 s r − 1 inmutable a nivel mundial. A pesar del intercambio electrón/fotón, ¿existe tal cosa como la conservación de la luz?

¿Puedes ampliar tu pregunta? Creo que no está muy claro.
Soy al menos tan religioso como la mayoría, pero este es un sitio científico. El título de esta publicación probablemente debería modificarse.
@DavidWhite De hecho, y en casos como este, lo animo a usted (o a cualquiera) a que haga esa edición usted mismo. Las ediciones que cambian los títulos para representar claramente lo que hace la pregunta son especialmente útiles.

Respuestas (3)

Cuando dices "cantidad de luz", primero ten cuidado con lo que quieres decir.

1.) ¿Quiere decir el número total de fotones en todo el universo? (Aquí quiero decir no solo dentro de nuestro horizonte, sino en el universo como un todo, si eso tiene sentido). Si esto es lo que quieres decir, entonces el número total de fotones debería ser bastante cercano a lo que era poco después de que el universo se convirtió en transparente (por ejemplo, justo después de que se formó la superficie de la última dispersión (que vemos como el CMB)). Habrá algunos procesos que pueden cambiar este número (varias dispersiones de partículas, recolección por satélites CMB, etc.), pero en la superficie de la última dispersión, el camino libre medio de un fotón es más grande que el tamaño del universo visible. La mayoría de los fotones creados entonces seguirán existiendo hoy.

2.) ¿Se refiere a la densidad del número de fotones (# fotones por metro cúbico)? Desde que se formó el CMB, el espacio se ha expandido y la cantidad de fotones por metro cúbico se ha diluido mucho.

3.) ¿Quiere decir densidad de energía fotónica (energía transportada por fotones por metro cúbico)? Esto también será mucho más pequeño debido a la expansión del espacio (menos fotones por metro cúbico, como se mencionó anteriormente) y el desplazamiento hacia el rojo de los fotones, lo que hace que pierdan energía a medida que el espacio también expande su longitud de onda.

Espero que esto ayude.

Para ser precisos, tenga en cuenta que no hay conservación del número de fotones. Estos son bosones, las interacciones entre fotones y fotones existen y también pueden multiplicar el número de fotones, pero es cierto que el estallido en la era del desacoplamiento de fotones inunda a las nuevas generaciones.
Acordado. Desde la perspectiva de la física de partículas, la conservación del número de fotones no es estrictamente cierta. Desde una perspectiva cosmológica, generalmente se asume la conservación del número de fotones ya que el camino libre medio es mayor que la distancia de Hubble (a menos que el polvo interestelar/intergaláctico sea importante en su modelo).

Los fotones están lejos de conservarse. En primer lugar, cualquier partícula puede decaer, crearse o aniquilarse durante una colisión inelástica. Por ejemplo,

π 0 → 2 γ .
En segundo lugar, incluso en colisiones elásticas, como la transición del nivel de energía de los electrones en un átomo, los fotones no se conservan.

Generalmente, a partir del teorema de Noether, cada cantidad conservada está asociada con una simetría global continua unidimensional. Desafortunadamente, no existe tal simetría para que se conserve el fotón.

Para que se conserve la cantidad de fotones, se tendría que producir un nuevo fotón cada vez que se absorbiera uno. Dado que hay procesos que no siguen esta regla, no hay razón para creer que se conserva el número total. Por ejemplo, cuando se expulsa un electrón de un metal por efecto fotoeléctrico, se absorbe un fotón (que se convierte en la energía necesaria para superar la función de trabajo y, posteriormente, la energía cinética del electrón), y no se produce otro.

Pero tal vez quiso decir que, en promedio , la cantidad de fotones en el universo se conserva. Desafortunadamente, esto tampoco debería ser cierto. Para empezar, es razonable suponer que el flujo de fotones del universo está dominado por el fondo cósmico de microondas (que lo es, a 1 parte en 100, ¿según la densidad numérica de los fotones CMB? ), que están muy bien aproximados por un cuerpo negro de cierta temperatura T (actualmente 2,7K). Esta temperatura ha disminuido gradualmente desde el Big Bang. El número de fotones emitidos por segundo por un cuerpo negro es proporcional a T 3 (consulte la página 9 de http://www.spectralcalc.com/blackbody/CalculatingBlackbodyRadianceV2.pdf ). Por lo tanto, la disminución de la temperatura del cuerpo negro significa una disminución del número de fotones en el universo a lo largo del tiempo.

El CMB no es realmente un cuerpo negro que se enfría y emite menos fotones, los fotones originales simplemente son desplazados hacia el rojo por el universo en expansión. El número total de fotones CMB debería conservarse aproximadamente, menos la pequeña proporción que golpea algún objeto en un universo bastante vacío.
@MartinBeckett El flujo de fotones por intervalo de frecuencia y el resplandor espectral están relacionados de una manera sencilla (consulte la segunda fuente en mi respuesta anterior). Sabemos que la radiación espectral (por lo tanto, el flujo de fotones por bin de frecuencia) para el CMB de hoy coincide con un cuerpo negro en un grado muy alto. En algún momento del pasado, las longitudes de onda de los fotones se contrajeron en relación con lo que son ahora. Suponiendo que el número de fotones sea el mismo, no hay forma posible de igualar la radiación espectral de un cuerpo negro de una temperatura más alta. Entonces, ¿estás diciendo que el CMB no era un cuerpo negro en el pasado?
Estoy diciendo que los fotones emitidos por segundo por un cuerpo negro no son un modelo útil del CMB. No está emitiendo fotones nuevos, fotones de longitud de onda más larga a medida que "se" enfría.
@MartinBeckett Si no es un cuerpo negro, ¿por qué está tan bien modelado como un cuerpo negro?
Es un cuerpo negro porque comenzó como un cuerpo negro y el corrimiento al rojo cambia todas las longitudes de onda por igual. Pero es un error pensar en él como un cuerpo negro actual que "emite" menos fotones ahora que cuando estaba más caliente. No ha emitido nuevos fotones desde la era de los fotones.
Lo siento, pero el número de fotones no es un número cuántico conservado. Cualquier "conservación" debe partir de argumentos energéticos del espectro electromagnético clásico. Además, se producen continuamente nuevos fotones (las interacciones con el polvo, por ejemplo, pueden convertir los fotones de luz visible en fotones de microondas), son demasiado pocos en comparación con el estallido en la era del desacoplamiento de fotones.
@annav Estoy de acuerdo contigo, y estoy un poco confundido en cuanto a por qué publicaste este comentario en mi respuesta, que también está de acuerdo contigo. ¿Querías publicar una respuesta separada?
Estoy aclarando, supongo, para su primera oración y para el último comentario de @MartinBeckett Martin, mire esto en.wikipedia.org/wiki/Relativistic_Doppler_effect#cite_note-6 y los argumentos allí
¿Es la cantidad total de luz actual la misma que hace 13.800 millones de años?
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